(57)【要約】【課題】インバータ回路で生成される高周波電圧・高周波電流の周期よりも長い期間で発生する低周波電圧・低周波電流の変動が発生してもチラツキの発生しない直流点灯装置を提供すること。【解決手段】直流点灯装置２は、商用電源からの交流を直流にして出力する入力平滑回路１０と、直流を降圧させて脈流のある直流として出力するインバータ回路１１と、インバータ回路１１から出力される脈流のある直流を平滑する出力平滑回路１２と、出力平滑回路１２により平滑された直流が供給されるＬＥＤモジュール５とを備えている。また、直流点灯装置２は、出力平滑回路１２の後段に電圧変動吸収回路（リプルフィルタ回路２０）が設けられている。【選択図】  図１
2013030373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源からの交流を直流にして出力する入力平滑回路と、前記直流を降圧させて脈流のある直流として出力するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される脈流のある直流を平滑する出力平滑回路と、前記出力平滑回路により平滑された直流が供給されるＬＥＤモジュールとを備る直流点灯装置であって、
前記出力平滑回路の後段に商用電源の電圧変動吸収回路が設けられていることを特徴とする直流点灯装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直流点灯装置において、前記出力平滑回路は前記ＬＥＤモジュールと並列に設けられた平滑用の大容量のコンデンサを備えることを特徴とする直流点灯装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の直流点灯装置において、前記電圧変動吸収回路は前記出力平滑回路の後段に設けたリプルフィルタであることを特徴とする直流点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力電圧の変動に対し光源のチラツキの発生しない直流点灯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ等の光源の明るさを変更する調光器には、ＰＷＭ入力（制御信号）による調光・直流電圧入力（制御信号）による調光・商用電源の位相制御入力（パワー制御）による調光方式がある。この商用電源の位相制御入力の調光方法では、点灯回路で常時電流を流さなければ、調光器が位相を精確に検出できない。このため、調光器として、入力平滑回路（入力フィルタ回路），インバータ回路，出力平滑回路等を備えた直流点灯装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この直流点灯装置では、調光素子としてトライアックを用いているが、このトライアックが点弧しなければならないところで消弧したりするという誤動作をして、位相制御波形が乱れることがあり、安定的な調光制御ができない。これを解消するため、入力平滑回路のコンデンサを小容量にした直流点灯装置が開発されている。しかし、この直流点灯装置では、入力波形に比例した調光制御のため、入力電圧の変動が発生すれば明るさも変動し、チラツキとなって感じる。
【０００４】
このチラツキを解消するために、出力平滑回路に設けたコンデンサを大容量にしたＬＥＤ点灯装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。このＬＥＤ点灯装置では、インバータ回路で生成される高周波電圧・高周波電流を出力平滑回路で変動のほとんどない直流にして、ＬＥＤのチラツキを低減させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３２７１５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−２８７４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このＬＥＤ点灯装置では、インバータ回路で生成される高周波電圧・高周波電流を出力整流平滑回路で変動のほとんどない直流にして、ＬＥＤのチラツキを低減させることができるものの、インバータ回路で生成される高周波電圧・高周波電流の周期よりも長い期間で発生する低周波電圧・低周波電流の変動を除去することはできず、長い間隔でわずかなフリッカ（ちらつき）がＬＥＤで生じており、使用者によっては気になる場合があった。
【０００７】
そこで、この発明は、インバータ回路で生成される低周波電圧・低周波電流の周期よりも長い期間で発生する高周波電圧・高周波電流の変動が発生してもチラツキの発生しない直流点灯装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するため、この発明は、商用電源からの交流を直流にして出力する入力平滑回路と、前記直流を降圧させて脈流のある直流として出力するインバータ回路と、前記インバータ回路から出力される脈流のある直流を平滑にする出力平滑回路と、前記出力平滑回路により平滑された直流が供給されるＬＥＤモジュールとを備える直流点灯装置であって、前記出力平滑回路の後段に商用電源の電圧変動吸収回路が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この構成によれば、インバータ回路で生成される低周波電圧・低周波電流の周期よりも長い期間で発生する高周波電圧・高周波電流の変動が発生して、光源であるＬＥＤモジュールへの入力電圧の変動が発生しようとしても、ＬＥＤモジュールへの入力電圧の変動を電圧変動吸収回路により吸収して、ＬＥＤモジュールのチラツキの発生を防止し、ＬＥＤモジュールを快適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明に係る直流点灯装置（ＬＥＤ点灯回路）を示す回路図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１のインバータ回路により発生する高周波電圧の説明図である。
【図４】図１の出力平滑回路による電圧平滑作用の説明図である。
【図５】図１のリプルフィルタ回路がない場合の出力平滑回路の電圧・電流変動の説明図である。
【図６】図１の出力平滑回路の電圧・電流変動の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［構成］
図１は、この発明に係るＬＥＤ点灯装置（ＬＥＤ点灯回路）である直流点灯装置を示したものである。この図１において、１は電線１ａ，１ｂを有する商用電源、２は商用電源１に接続して用いられる直流点灯装置である。
【００１２】
この直流点灯装置２は、調光器３，点灯装置（点灯回路）４，複数のＬＥＤ５ａを備えるＬＥＤモジュール５を備えている。
＜調光器３＞
この調光器３は、入力側が商用電源１の一方の電線１ａに接続されたトライアック（調光素子）６と、このトライアック６に直列に接続されたコイル７と、このトライアック６及びコイル７に並列に接続された位相制御回路８を備えている。この位相制御回路８は、制御信号をトライアック６に入力して、トライアック６をＯＮ／ＯＦＦするようになっている。
＜点灯装置４＞
この点灯装置４は、コイル７に接続された入力端子４ａと、電線１ｂに接続された入力端子４ｂを有する。また、点灯装置４は、ＬＥＤモジュール５のアノード側に接続された出力端子４ｃと、ＬＥＤモジュール５のカソード側に接続された出力端子４ｄを有する。
【００１３】
また、点灯装置４は、入力フィルタ回路９，入力平滑回路１０，インバータ回路１１，出力平滑回路１２を備えていると共に、出力平滑回路１２の後段に設けたリプルフィルタ回路（リプルフィルタ）２０を備えている。
【００１４】
このリプルフィルタ回路２０は、出力平滑回路１２により平滑できない低周波電圧・低周波電流に基づくリプルを吸収させるために設けられている。
（入力フィルタ回路９）
この入力フィルタ回路９は、抵抗Ｒ１，コンデンサＣ１，ラインフィルタＬＦを有する。このラインフィルタＬＦは磁気結合されたコイルＬ１，Ｌ１′を有する。また、抵抗Ｒ１は、一端が入力端子４ａに接続され且つ他端がラインフィルタＬＦのコイルＬ１に接続されている。コンデンサＣ１は、一端が抵抗Ｒ１の他端とコイルＬ１との間に接続され、他端が入力端子４ｂとコイルＬ１′との間に接続されている。
【００１５】
このような入力フィルタ回路９は、商用電源１−調光器３−点灯装置４等の電源ループで発生する減衰振動を防止すると共に、外部への雑音を防止するようになっている。
（入力平滑回路１０）
この入力平滑回路１０は、ダイオードによりブリッジ回路を構成して、交流を脈流を含んだ直流に変換する整流回路（全波整流回路）ＲＣ１を有する。この整流回路ＲＣ１の入力側には、入力フィルタ回路９のコイルＬ１，Ｌ１′が接続されていて、商用電源１からの交流が入力フィルタ回路９を介して入力されるようになっている。
【００１６】
これにより、整流回路ＲＣ１は、調光器３及びラインフィルタＬＦを介して商用電源１から供給される交流電圧を全波整流するようになっている。この整流回路ＲＣ１のプラスの出力側にはプラス側配線１３が接続され、整流回路ＲＣ１のマイナスの出力側にはマイナス側（アース側）配線１４が接続されている。また、プラス側配線１３には点灯装置４のプラス側の出力端子４ｃが接続されている。また、マイナス側配線１４は抵抗Ｒ２，トランジスタＱ１，インダクタＬ２を介して出力端子４ｄが接続されている。
【００１７】
また、入力平滑回路１０は、整流回路ＲＣ１で整流された交流電圧を平滑するコンデンサＣ２を備えている。尚、このコンデンサＣ２は、整流回路ＲＣ１のプラス側配線１３と、マイナス側配線１４とに接続されている。
（インバータ回路１１）
このインバータ回路１１は、入力平滑回路１０からの直流電圧を所定の直流電圧に変換する一般的な降圧チョッパ回路が用いられている。
【００１８】
このインバータ回路１１は、ダイオードＤ１，トランジスタ（スイッチング素子）Ｑ１，抵抗Ｒ２，インダクタＬ２を有する。
【００１９】
この抵抗Ｒ２，トランジスタＱ１，インダクタＬ２は、マイナス側配線１４の途中に介装されていると共に、この順に整流回路ＲＣ１から出力端子４ｄ側に配列されている。
【００２０】
また、ダイオードＤ１は、アノード側がトランジスタＱ１に接続され、且つカソード側がプラス側配線１３に接続されている。尚、１４ａ，１４ｂはマイナス側配線１４の一部の配線である。そして、配線１４ａはダイオードＤ１とトランジスタＱ１を接続し、配線１４ｂは出力端子４ｄと配線１４ａ途中をインダクタＬ２を介して接続している。
【００２１】
さらに、インバータ回路１１は、トランジスタＱ１をＯＮ・ＯＦＦ制御する制御回路（制御ＩＣ）ＩＣ１を有する。この制御回路ＩＣ１は、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ１のベースに制御信号を入力することにより、トランジスタＱ１をＯＮさせるようになっている。
【００２２】
また、制御回路ＩＣ１は、配線１５を介して抵抗Ｒ２とトランジスタＱ１との間を流れる電流を検出し、所定値以上の電流が流れると、制御信号の出力を中断してトランジスタＱ１のベースへの制御信号の入力を停止するようになっている。
（出力平滑回路１２）
この出力平滑回路１２はコンデンサＣ３を有する。このコンデンサＣ３は、一端がダイオードＤ１のカソード側と出力端子４ｃとの間においてプラス側配線１３に接続され、且つ他端がインダクタＬ２の他端と出力端子４ｄとの間において配線１４ｂに接続されている  このコンデンサＣ３には、容量が通常一桁の小容量コンデンサに比べて、容量が三桁の大容量コンデンサが用いられている。例えば、通常の小容量コンデンサは例えば1〜２μＦであるのに対して、コンデンサＣ３には１００μＦ以上又は４００μＦ以上の大容量コンデンサが用いられている。すなわち、コンデンサＣ３には小容量コンデンサの数百倍の大容量のコンデンサが用いられている。尚、コンデンサＣ３が１００μＦから４００μまでの間、およびコンデンサＣ３が４００μ以上であれば商用フリッカ（ちらつき）は目で全く認識されなくなる。
（リプルフィルタ回路２０）
このリプルフィルタ回路（電圧変動吸収回路）２０は、図1，図２に示したようにコレクタ-エミッタがプラス側配線１３の途中に介装され且つベースがマイナス側配線１４の一部である配線１４ｂにコンデンサＣ４を介して接続されたトランジスタＱ２を有する。また、リプルフィルタ回路２０は、トランジスタＱ２のベースとコレクタとの間に介装された抵抗Ｒ４と、トランジスタＱ２のベースと配線１４ｂとの間に介装されたコンデンサＣ４を備えている。
【００２３】
ここで、出力平滑回路１２のコンデンサＣ３のプラス側配線１３への接続点をＰａとし、コンデンサＣ３の配線１４ｂ（マイナス側配線１４の一部）への接続点をＰｂとすると、トランジスタＱ２はコレクタ側が接続点Ｐａに接続され且つエミッタ側が出力端子４ｃに接続されている。また、コンデンサＣ４は、接続点Ｐｂと出力端子４ｄ間に位置して配線１４ｂに接続されている。
［作用］
次に、このような構成の作用を説明する。
【００２４】
商用電源１から半周期の正弦波形の交流電圧（周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電圧）が調光器３に入力されると、調光器３からは電圧波形の間隔だけカット制御された交流電圧が出力される。この際の交流電流は、正側で立ち上がり及び立ち下がりの部分が鋭角の波形を有する。この交流電圧および交流電流は、点灯装置４に入力端子４ａ，４ｂから入力される。
【００２５】
この交流電圧および交流電流は入力フィルタ回路９に入力される。この入力フィルタ回路９からの交流電圧は入力平滑回路１０に入力される。この交流電圧は、入力平滑回路１０の整流回路ＲＣ１で全波整流されてコンデンサＣ２で平滑された後に、入力平滑回路１０から脈流を有する直流電圧として出力される。そして、この脈流を有する直流電圧は、インバータ回路１１に印加される。
【００２６】
この入力平滑回路１０からの脈流を含む直流電圧はコンデンサＣ３及びＬＥＤモジュール５に印加され、コンデンサＣ３，リプルフィルタ回路２０及びＬＥＤモジュール５を介してトランジスタＱ１に印加される。
【００２７】
一方、インバータ回路１１の制御回路ＩＣ１は、例えば約１００ｋＨｚの周波数の制御信号をトランジスタＱ１のベースに入力する。この際、制御回路ＩＣ１は、所定の半周期毎に制御信号をトランジスタＱ１のベースに入力して、所定の半周期毎にトランジスタＱ１を所定期間だけＯＮさせる。
【００２８】
このトランジスタＱ１がＯＮしているときには、図1，図2におけるトランジスタＱ２のコレクタ-エミッタ間，ＬＥＤモジュール５，インダクタＬ２，トランジスタＱ１，抵抗Ｒ２に電流Ｉｏ−Ｑが流れる。
【００２９】
そして、このトランジスタＱ１と抵抗Ｒ２との間を流れる電流は制御回路ＩＣ１により配線１５を介して検出されていて、インダクタＬ２流れる電流Ｉｏ−Ｑが所定値以上になると、制御回路ＩＣ１はトランジスタＱ１への制御信号を停止させて、トランジスタＱ１をＯＦＦさせる。
【００３０】
このトランジスタＱ１がＯＦＦしているときには、コンデンサＣ３に蓄積された電圧により、トランジスタＱ２のコレクタ-エミッタ間，ＬＥＤモジュール５，インダクタＬ２，ダイオードＤ１に電流Ｉｏ−Ｄが流れる。
【００３１】
このような制御回路ＩＣ１によるトランジスタＱ１のＯＮ・ＯＦＦ制御は繰り返し行われる。しかも、上述したように、トランジスタＱ１のＯＮしているときには、トランジスタＱ２のコレクタ-エミッタ間，ＬＥＤモジュール５，インダクタＬ２，トランジスタＱ１，抵抗Ｒ２に電流Ｉｏ−Ｑが流れ、トランジスタＱ１のＯＦＦしているときにはトランジスタＱ２のコレクタ-エミッタ間，ＬＥＤモジュール５，インダクタＬ２，ダイオードＤ１に電流Ｉｏ−Ｄが流れる。
【００３２】
このようにインバータ回路１１の制御回路ＩＣ１がトランジスタＱ１を高周波（例えば、１００ｋＨｚ）でＯＮ・ＯＦＦさせて、高周波電圧が発生させられたとき、この高周波電圧に伴う高周波電流が出力平滑回路１２の大容量化のコンデンサＣ３で平滑されて、図３にＶｃ３で示した電圧となる。この電圧波形がリップル回路２０を介して図３，図４の直流出力電圧Ｖoutとして出力端子４ｃ、４ｄ間に出力される。この際、出力平滑回路１２は、図4の直流出力電流Ioutを出力することになる。
【００３３】
従って、リップルフィルタ回路２０が脈流電圧波形の変動を吸収することから図６のような商用電源の入力変動に対するＬＥＤモジュール５のフリッカ（ちらつき）が認識されなくなる。
【００３４】
しかし、図１のリプルフィルタ回路２０がない場合、Ｖｃ３＝Ｖｏｕｔとなり直流出力電圧Ｖｏｕｔが図５に示したように変動すると、直流出力電流Ｉｏｕｔも図５に示したように変動する。この図１のリプルフィルタ回路２０の作用を次に説明する。
【００３５】
ここで、出力平滑回路１２の出力電流をIcとすると、リプルフィルタ回路２０においてトランジスタＱ２のコレクタ電流は図２に示したように出力平滑回路１２の出力電流であるＩｃとなる。また、
Ｉｂ  ：トランジスタＱ２のベース電流
Ｉｃ  ：トランジスタＱ２のコレクタ電流
ｈＦＥ：トランジスタＱ２の増幅率
とすると、トランジスタＱ２のコレクタ電流Ｉｃは、
Ｉｃ＝Ｉｂ×ｈＦＥ
となる。
【００３６】
従って、出力平滑回路１２の出力電圧・出力電流が制御回路ＩＣ１で発生させられる高周波電圧・高周波電流の周期より長い間隔で変動した場合には、出力電圧・出力電流は抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ２のベースに入力され、トランジスタＱ２はコレクタ電流Ｉｃが一定になるように制御される。この結果、制御回路ＩＣ１で発生させられる高周波電圧・高周波電流の電圧が制御回路ＩＣ１で発生させられる高周波電圧・高周波電流の周期より長い間隔で変動しても、出力端子４ｃ，４ｄからは変動のない直流出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。
【００３７】
以上説明したように、この発明の実施の形態の直流点灯装置２は、商用電源からの交流を直流にして出力する入力平滑回路１０と、前記直流を降圧させて脈流のある直流として出力するインバータ回路１１と、前記インバータ回路１１から出力される脈流のある直流を平滑する出力平滑回路１２と、前記出力平滑回路１２により平滑された直流が供給されるＬＥＤモジュール５とを備えている。また、直流点灯装置２は、前記出力平滑回路１２の後段に商用電源の電圧変動吸収回路（リップルフィルタ回路２０）が設けられている。尚、上述した実施例では、商用電源の電圧変動吸収回路としてトランジスタＱ２を用いたリップルフィルタ回路２０を用いているが、必ずしもトランジスタＱ２を用いたリップルフィルタ回路２０を商用電源の電圧変動吸収回路とする必要はない。例えば、商用電源の電圧変動吸収回路としてはＭＯＳ・ＦＥＴを用いたリップルフィルタ回路であってもよい。また、出力平滑回路１２により平滑された直流電圧・直流電流が低周波で変動したときの変動を吸収できるのであれば、商用電源の電圧変動吸収回路としてはトランジスタＱ２を用いたリップルフィルタ回路２０やＭＯＳ・ＦＥＴを用いたリップルフィルタ回路以外の回路であっても良い。
【００３８】
この構成によれば、インバータ回路１１で生成される高周波電圧・高周波電流の周期よりも長い期間で発生する低周波電圧・低周波電流の変動が発生して、光源であるＬＥＤモジュール５への入力電圧の変動が発生しようとしても、ＬＥＤモジュール５への入力電圧の変動を電圧変動吸収回路により吸収して、ＬＥＤモジュール５のチラツキの発生を防止して、ＬＥＤモジュール５を快適に使用できる。
【００３９】
また、前記出力平滑回路１２は前記ＬＥＤモジュール５と並列に設けられた平滑用の大容量のコンデンサＣ３を備えた構成とできる。この構成によれば、出力平滑回路１２は、インバータ１１による高周波電圧を平滑して直流電圧にする際、コンデンサＣ３の容量が小さい場合に比べて直流電圧の平滑度が良くなるので、コンデンサＣ３の容量が小さい場合に比べてＬＥＤモジュール５のチラツキの発生をより確実に防止して、ＬＥＤモジュール５を快適に使用できる。従って、大容量のコンデンサＣ３を有する出力平滑回路１２の後段に商用電源の電圧変動吸収回路（リップルフィルタ回路２０）を設けることで、高周波電圧を出力平滑回路１２により平滑したときの高周波直流電圧のリプルに基づくチラツキや、インバータ回路１１で生成される高周波電圧・高周波電流の周期よりも長い期間で発生する低周波電圧・低周波電流の変動に基づくチラツキを確実に防止できる。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・商用電源
２・・・直流点灯装置
５・・・ＬＥＤモジュール
１０・・・入力平滑回路
１１・・・インバータ回路
１２・・・出力平滑回路
２０・・・リプルフィルタ回路（リプルフィルタ）
【図１】
2013030373.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2013030373.tif 000008